本文關(guān)鍵詞：錫及其氧化物薄膜材料的電磁和光學(xué)性質(zhì)研究

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【摘要】：本論文計(jì)算方法采用基于密度泛函理論的第一性原理投影綴加平面波法,論文中我們主要計(jì)算研究了二維SnO_2納米面及錫烯的電子性質(zhì)和能帶結(jié)構(gòu)。首先,我們計(jì)算了3d過(guò)渡金屬原子(Cr,Mn,Fe,Ni)摻雜二維SnO_2納米面的電子性質(zhì)、能帶結(jié)構(gòu)以及光學(xué)性質(zhì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明二維SnO_2納米面結(jié)構(gòu)屬于無(wú)磁直接帶隙半導(dǎo)體材料,帶隙大小為2.75eV。研究發(fā)現(xiàn)Cr,Mn,Fe原子摻雜SnO_2NSs會(huì)分別引入2Bm,-3Bm,2Bm的磁矩,而Ni原子摻雜SnO_2NSs后結(jié)構(gòu)依舊保持無(wú)磁特性。在光學(xué)性質(zhì)方面,摻雜3d過(guò)渡金屬原子(Cr,Mn,Fe,Ni)后SnO_2NSs的光學(xué)吸收邊發(fā)生明顯的紅移現(xiàn)象。而且在可見(jiàn)光區(qū)域內(nèi)的光學(xué)吸收強(qiáng)度、折射率和反射率都有明顯提高。這些發(fā)現(xiàn)對(duì)設(shè)計(jì)太陽(yáng)能電池、光電裝置和光催化劑有重要應(yīng)用。其次,論文中我們還進(jìn)行了3×3錫烯吸附3d過(guò)渡金屬原子電子性質(zhì)和磁性的相關(guān)計(jì)算。研究發(fā)現(xiàn)除了V原子外,錫烯吸附TM原子的最穩(wěn)定位置均處于hollow位。V,Cr,Mn,Fe和Co吸附原子會(huì)使錫烯體系引入磁性,磁矩主要來(lái)源于TM吸附原子;而錫烯吸附Ni,Cu和Zn原子體系則繼續(xù)保持無(wú)磁特性。V,Cr,Mn,Cu吸附原子會(huì)使錫烯表現(xiàn)出金屬性質(zhì),錫烯吸附Co原子會(huì)表現(xiàn)出半金屬性質(zhì),而吸附Ni和Zn原子后高對(duì)稱(chēng)點(diǎn)處會(huì)打開(kāi)一定帶隙表現(xiàn)出半導(dǎo)體特性。更為重要的發(fā)現(xiàn)是,錫烯吸附Fe原子后表現(xiàn)出自旋雙極化無(wú)帶隙磁性半導(dǎo)體性質(zhì),這些結(jié)果對(duì)設(shè)計(jì)可控自旋電子器件提供理論依據(jù)。同時(shí),我們用4×4的錫烯吸附3d TM原子對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明體系總磁矩、局域磁矩以及電荷轉(zhuǎn)移量與3×3錫烯吸附3d過(guò)渡金屬原子的計(jì)算結(jié)果高度一致,從而證明了我們計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。在錫烯應(yīng)力計(jì)算中,我們得出錫烯在承受2%以?xún)?nèi)的壓力時(shí),可以保持自身性質(zhì)不發(fā)生變化,隨著壓力或拉力的增大,錫烯在高對(duì)稱(chēng)點(diǎn)處的能帶會(huì)呈現(xiàn)規(guī)律性變化。在錫烯納米帶計(jì)算中,我們分別構(gòu)建了armchair和zigzag兩種邊緣類(lèi)型的錫烯納米帶,并對(duì)兩種類(lèi)型不同寬度的錫烯納米帶進(jìn)行了相應(yīng)能帶計(jì)算。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)armchair邊緣類(lèi)型的錫烯納米帶均表現(xiàn)出直接帶隙無(wú)磁半導(dǎo)體特性,而且?guī)洞笮〕什ɡ诵乌厔?shì)變化。而在zigzag納米帶中,只有寬度為2的zigzag2納米帶是無(wú)磁的零帶隙半導(dǎo)體,其他五種zigzag構(gòu)型的錫烯均表現(xiàn)出磁性金屬特性。zigzag納米帶中的磁矩主要來(lái)源于與H原子成鍵的Sn原子.最后我們研究了錫烯/MoS_2異質(zhì)結(jié)的電子性質(zhì)和能帶結(jié)構(gòu),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明MoS_2襯底可以使錫烯打開(kāi)一個(gè)較大的帶隙,帶隙范圍在71.9-76.5meV之間,并且在狄拉克點(diǎn)處的線(xiàn)性能帶色散特性被完整保留。與此同時(shí),我們發(fā)現(xiàn)通過(guò)改變錫烯與MoS_2襯底的層間距離和外加應(yīng)力,可以實(shí)現(xiàn)錫烯帶隙大小的有效調(diào)節(jié)。這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果為我們以后設(shè)計(jì)錫烯異質(zhì)結(jié)提供了新方向。
【關(guān)鍵詞】：二氧化錫 錫烯 第一性原理 吸附 電子性質(zhì)
【學(xué)位授予單位】：濟(jì)南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TB383.2
【目錄】：

• 摘要7-9
• Abstract9-11
• 第一章 緒論11-17
• 1.1 研究背景11-12
• 1.2 研究現(xiàn)狀12-16
• 1.3 研究?jī)?nèi)容16-17
• 第二章 研究方法及理論基礎(chǔ)17-21
• 2.1 密度泛函理論介紹17-19
• 2.1.1 多粒子體系薛定諤方程17-18
• 2.1.2 Hohenberg-Kohn定理18
• 2.1.3 Kohn-Sham方程18-19
• 2.2 交換關(guān)聯(lián)能近似19-20
• 2.2.1 局域密度近似(Local Density Approximation, LDA)19-20
• 2.2.2 廣義梯度近似(Generalized Gradient Approximation, GGA)20
• 2.3 平面波基組和贗勢(shì)20-21
• 第三章 3d過(guò)渡金屬原子摻雜SnO_2納米面磁性和光學(xué)性質(zhì)的研究21-31
• 3.1 本章引言21
• 3.2 理論模型的建立與計(jì)算21-22
• 3.3 結(jié)果與分析22-28
• 3.3.1 本征結(jié)構(gòu)和形成能計(jì)算22-23
• 3.3.2 電子結(jié)構(gòu)和磁性分析23-28
• 3.4 光學(xué)性質(zhì)28-30
• 3.5 本章小結(jié)30-31
• 第四章 3d過(guò)渡金屬原子吸附錫烯電子性質(zhì)調(diào)控和磁性的研究31-43
• 4.1 本章引言31
• 4.2 模型建立及計(jì)算方法31-32
• 4.3 結(jié)構(gòu)優(yōu)化與形成能計(jì)算32-34
• 4.4 電子性質(zhì)和磁性分析34-39
• 4.5 錫烯受力研究39-40
• 4.6 本章小結(jié)40-43
• 第五章 氫修飾對(duì)不同錫烯納米帶結(jié)構(gòu)電子結(jié)構(gòu)的研究43-49
• 5.1 本章引言43
• 5.2 計(jì)算方法與納米帶模型構(gòu)建43-44
• 5.3 電子性質(zhì)和能帶結(jié)構(gòu)44-47
• 5.4 小結(jié)47-49
• 第六章 錫烯/MoS_2異質(zhì)結(jié)電子性質(zhì)和能帶調(diào)控的研究49-59
• 6.1 引言49-50
• 6.2 模型建立和計(jì)算方法50-51
• 6.3 錫烯/MOS_2異質(zhì)結(jié)的電子性質(zhì)和能帶結(jié)構(gòu)51-54
• 6.4 層間距對(duì)異質(zhì)結(jié)能帶結(jié)構(gòu)的影響54-55
• 6.5 外加應(yīng)力對(duì)異質(zhì)結(jié)能帶結(jié)構(gòu)的影響55-57
• 6.6 本章小結(jié)57-59
• 第七章 結(jié)論和展望59-61
• 參考文獻(xiàn)61-69
• 致謝69-71
• 附錄71

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 張義華,王學(xué)勤,王祥生,牛德芳;納米SnO_2的制備及其氣敏特性分析[J];傳感器技術(shù);1999年06期

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本文編號(hào)：541303